探析GPS技術(shù)在煤礦測量中的應(yīng)用

程偉鵬 陳忠杰

（陜煤集團神南產(chǎn)業(yè)發(fā)展有限公司，陜西 榆林 719300 ）

探析GPS技術(shù)在煤礦測量中的應(yīng)用

程偉鵬 陳忠杰

（陜煤集團神南產(chǎn)業(yè)發(fā)展有限公司，陜西 榆林 719300 ）

GPS即全球定位系統(tǒng)的英文縮寫，它最初建立并發(fā)展起來其實是為了軍用領(lǐng)域，隨著社會的發(fā)展，在近幾十年里，GPS開始廣泛地應(yīng)用到了民用領(lǐng)域。它的特點是24顆衛(wèi)星組成的能夠?qū)θ蚪^大多數(shù)地區(qū)進行觀測，其能夠?qū)Φ厍蛏厦恳粋€地點進行準確的地理坐標標示并且這種定位和標示的精度高、時間短等等。因為它的這種特性，GPS技術(shù)在當代被廣泛地應(yīng)用到各種工程地質(zhì)的測量工作當中。煤礦的測量工作關(guān)系到整個煤礦的開采和礦區(qū)的安全，因此要把GPS全球定位系統(tǒng)應(yīng)用到煤礦測量的工作中，提高測量的精確度，保證礦區(qū)安全，提高煤礦企業(yè)的效益。本文主要分析探討了GPS技術(shù)在煤礦測量中的應(yīng)用。

全球定位系統(tǒng)；煤礦測量；新應(yīng)用。

盡管近些年來，很多新興的能源已經(jīng)代替了傳統(tǒng)的煤炭走入人們的生活當中，但是煤炭仍讓在發(fā)電、工業(yè)等等領(lǐng)域發(fā)揮著無可取代的作用。對于當前越來越多的煤炭需求量，越來越多的煤礦也建立起來。對于煤礦來說，最為重要的就是測量工作，測量工作的精確與否直接影響著后期開采的效率和安全問題，是整個煤炭行業(yè)能夠保證可持續(xù)發(fā)展的動力和保障。GPS技術(shù)對于工程測量具有十分重要的作用，它不僅能夠?qū)⑷斯膹?fù)雜的測量工作中解放出來，還能夠檢測到很多人力無法測量的區(qū)域，是現(xiàn)代煤礦測量中被廣泛應(yīng)用的一項技術(shù)。

一、GPS技術(shù)

GPS是英文GlobalPositioningSystem（全球定位系統(tǒng)）的簡稱。最初的GPS技術(shù)嚴格意義上來說其實是應(yīng)用到軍用領(lǐng)域的，它起源于二戰(zhàn)結(jié)束后的美國，在1958年-1964年短短6年的時間里，GPS開始研發(fā)并且投入使用。20世紀70年代，美國陸?？杖娐?lián)合研制了新一代衛(wèi)星定位系統(tǒng) GPS。主要目的是為陸?？杖箢I(lǐng)域提供實時、全天候和全球性的導航服務(wù)，并用于情報搜集、核爆監(jiān)測和應(yīng)急通訊等一些軍事目的，經(jīng)過20余年的研究實驗，耗資300億美元，到1994年，全球覆蓋率高達98%的24顆GPS衛(wèi)星星座己布設(shè)完成。

GPS就是利用GPS定位衛(wèi)星，在全球范圍內(nèi)實時進行定位、導航的系統(tǒng)，稱為全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)。GPS導航系統(tǒng)的基本原理是測量出已知位置的衛(wèi)星到用戶接收機之間的距離，然后綜合多顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)就可知道接收機的具體位置。運用GPS測量可以實時、精確的取得地質(zhì)管理的基本數(shù)據(jù)。GPS測量雖然有很多優(yōu)越性，但在實際的地質(zhì)測繪中還是出現(xiàn)了很多不足。GPS系統(tǒng)能夠精確定位是因為能對衛(wèi)星和接收器之間的距離進行準確的計算，在地質(zhì)測繪中，信號要通過地質(zhì)層，地質(zhì)層不是真空狀態(tài)，信號就會受到干擾，進而影響定位的精確度。在地質(zhì)測繪的工程測量控制點上，受到地質(zhì)坐標的影響GPS測量的精確度也會出現(xiàn)誤差。

二、GPS技術(shù)在煤礦測量中的應(yīng)用

（一）GPS技術(shù)在煤礦測量中的應(yīng)用的重要性

我國當前的基礎(chǔ)能源仍然是煤炭，煤礦企業(yè)仍然是我國當前的基礎(chǔ)能源企業(yè)。煤礦企業(yè)的安全與我國當前的經(jīng)濟發(fā)展是息息相關(guān)的。而煤礦的測量工作則是煤礦安全生產(chǎn)的必要保障。煤礦測量包括的內(nèi)容很多，包括礦井聯(lián)系測量、礦塊施工和采場驗收測量、井下控制測量、礦區(qū)路線測量、采剝工程測量、礦山移動的觀測測量等。傳統(tǒng)的煤礦測量依賴于人工測量，工具和測量方法都非常落后，在這種情況下測量出的結(jié)果根本無法保證精度。并且測量工作往往需要大量的人工，對人力資源是極大的浪費。用傳統(tǒng)的測量方法和測量工具不僅需要很多工作人員來操作，還需要有嚴格的測點，需要多部門的配合，這就降低了煤礦測量的精確度和測量效率。

GPS全球定位系統(tǒng)具有能提供全球統(tǒng)一的地心坐標、定位精度高、觀測時間短、測站之間無需通視等特點，因此被廣泛的應(yīng)用到包括煤礦測量的各種工程地質(zhì)的測量當中。利用GPS全球定位系統(tǒng)，可以減少人力；煤礦各個測量站之間可以通視，節(jié)省了觀測所要測量地形、地貌的時間；GPS全球定位系統(tǒng)定位精度高，提高了煤礦測量的精確度?？偟膩碚f，利用GPS全球定位系統(tǒng)可以有效的節(jié)約煤礦測量工程的時間，節(jié)省煤礦測量所用的人力成本和經(jīng)濟資源，提高煤礦測量的工作效率。

（二）GPS技術(shù)在煤礦測量中的具體應(yīng)用

1利用GPS全球定位系統(tǒng)布設(shè)煤礦近井控制網(wǎng)

煤礦井筒是礦井中煤礦主要的運輸渠道，因此對于井筒精確度的要求要高于其他的巷道貫通工程。為了確保新建礦區(qū)主副斜井的精確貫通，需要利用GPS全球定位系統(tǒng)在新建礦區(qū)地表上建立地面近井控制網(wǎng)。要嚴格的按照GPS全球定位系統(tǒng)的相關(guān)操作規(guī)范對煤礦井筒進行測量，根據(jù)測量數(shù)據(jù)，建立網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和井筒位置建網(wǎng)的方案，然后根據(jù)建網(wǎng)方案完成布設(shè)煤礦近井控制網(wǎng)。

2設(shè)計煤礦測量區(qū)的GPS控制網(wǎng)

GPS控制網(wǎng)適合以邊連接為主，并以點連接相輔助，這樣的話既能夠最大程度地減少工作量，又可以達到多榆核的目的。GPS控制網(wǎng)的設(shè)計一般選用3個約束點的近似長方形帶狀的煤礦區(qū)，其中，兩個約束點應(yīng)該分布在帶狀煤礦區(qū)的兩側(cè)，一個約束點位于測量礦區(qū)的中心。這樣的設(shè)計的網(wǎng)型有利于較準確地推算出煤礦測量區(qū)的坐標換算參數(shù)，也有利于以后煤礦區(qū)控制網(wǎng)的擴展和連接。

3運用GPS全球定位系統(tǒng)選擇測量地點并進行埋石

嚴格的按照《全球GPS定位系統(tǒng)測量規(guī)范》來選擇GPS控制點。首先所選控制點要便于安裝、操作接受設(shè)備。其次控制點還必須是開闊的地方，以方便 GPS全球定位系統(tǒng)工作，該控制點一般選擇在被測衛(wèi)星高度角大于15°的地方。第三，要保證煤礦測點與無線電發(fā)射源之間的距離大于400m。第四，選擇GPS控制點的時候要避免大面積的水域或者其他的干擾衛(wèi)星信號接受的物體。

利用GPS全球定位系統(tǒng)選擇測量地點之后要進行埋石。在采礦勘探規(guī)劃設(shè)計中，三角點的標石一般是用混凝土摻入石料灌制而成，標石的灌注過程就是埋石。首先要選擇適合埋石的混凝土材料，然后按照地面測點的相關(guān)規(guī)格，使用規(guī)范的模具在地面的測量點上進行澆筑；在澆筑的過程中需要使用特定的鋼釘對其進行加固。最后在混凝土筑成的水泥板頂部鑿上原點作為標石的標記，完成埋石工作。

4利用GPS全球定位系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)觀測和采集

要嚴格的按照數(shù)據(jù)接受器的相關(guān)操作規(guī)范進行數(shù)據(jù)觀測操作，當接收器完成記錄之后，需要專門的觀測員認真核對接收衛(wèi)星的數(shù)量、定位結(jié)果的信息，并及時的填寫好各種測量項目的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集就是通過GPS全球定位系統(tǒng)中的傳感器和其它待測設(shè)備，自動采集非電量或者電量信號,并送到上位機中進行分析和處理。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是結(jié)合基于計算機或者其他專用測試平臺的測量軟硬件產(chǎn)品來實現(xiàn)靈活的、用戶自定義的測量系統(tǒng)。在利用GPS全球定位系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)采集的時候，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)置于被監(jiān)控的設(shè)備處，通過傳感器對設(shè)備的電壓或者電流信號進行采樣、保持，并送入A/D轉(zhuǎn)換器變成數(shù)字信號，然后將該信號送到FIFO中。當FIFO中存放的數(shù)據(jù)到了一定數(shù)目時，由ARM7從FIFO中讀出，然后通過ARM7的以太網(wǎng)接口或者RS232送給上位機，之后經(jīng)過上位機進行分析和處理，得出測量采集的數(shù)據(jù)。

三、結(jié)語

GPS也就是全球定位系統(tǒng)因為其定位精準、定位迅速等等特點成為了當今工程測量領(lǐng)域的新寵，特別是在煤礦測量中，處于工程效率和人身安全的考慮，需要更為精確、更為科學的測量。當前我國的民生領(lǐng)域已經(jīng)基本上脫離了煤炭，開始使用各種替代性的能源，但是在工業(yè)領(lǐng)域，煤炭在未來很長一段時間之內(nèi)將還會是主要能源，為了保證煤礦的安全，必須要進行精確的測量工作，提升煤礦企業(yè)的效益。當前GPS對于煤礦測量的應(yīng)用也僅僅是很簡單的應(yīng)用，在未來應(yīng)當更加充分地應(yīng)用該技術(shù)，推動整個煤礦測量乃至煤炭行業(yè)的向前發(fā)展。

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1007-6344（2015）08-0151-01